способ реактивного ионно-плазменного травления слоев ta, tan, taal

Формула изобретения

1. Способ реактивного ионно-плазменного травления слоев Та, ТаN, ТаАl, включающий обработку указанных слоев через фоторезистивную маску в плазме ВСl₃-Сl₂, отличающийся тем, что к указанной смеси добавляют компоненты ССl₄ и N₂ до получения анизотропного травления без подтравливания под фоторезистивную маску, травление проводят до полного стравливания слоев на плоских участках пластины, а дотравливание остатков слоев на рельефной поверхности пластин проводят в плазме состава CF₄-O₂ или SF₆-O₂.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что соотношение компонентов в смеси BCl₃-Cl₂-CCl₄-N₂ в об. ч. лежит в пределах (0,5-1,5): 1: (0,15-0,8): (1-2), а соотношение компонентов при дотравливании остатков в составе СF₄-О₂ лежит в пределах (0,03-4): 1 или (0,2-1): 1 для состава SF₆-O₂.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к микроэлектронике, технологии изготовления ИС, к процессам сухого плазменного травления.

Процесс травления TaN используется на этапе формирования прецизионных металлических резисторов, процесс травления Та - на этапе формирования защитного покрытия нагревателей в производстве термокристаллов, процесс травления TaAl - на этапе формирования нагревателей термокристаллов.

Известен способ травления Та и его соединений, описанный в заявке ФРГ 3045922, заявленной 05.12.80 г. Р 3045922, опубликованной 08.07.82 г., МКИ H01L 21/31. Он состоит в том, что процесс локального травления Та, TaN через маску фоторезиста проводится методом реактивного ионного травления в плазме SF₆-Не при объемном соотношении компонентов 1:5 в две стадии при плотности мощности 0,3-0,5 Вт/см² и 0,1 Вт/см².

Недостатком этого способа является невозможность вытравливания остатков переходного слоя TaAl, который образуется при последовательном напылении Аl и TaN и может неполностью вытравливаться при травлении Аl, создавая закоротки элементов схем.

Аналогичным недостатком обладает и процесс, описанный в статье D.E. Ibbotson, J. A. Mucha, D.L. Flamm. Selective interhalogen etching of tantalum compounds and other semiconductor materials. Appl Phys Lett 46(8), 15 April 1985 р.794. Он состоит в реактивном ионном травлении Та, TaN, Та₂О₅ в плазме СF₄-О₂ или в плазме NF₃.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением является способ, описанный R.W. Light, H.B. Bell в журнале Electrochem. Soc. Solid State Science and Technology, Oct. 1984, Vol. 131, 10, p. 459. Он состоит в реактивном ионном травлении Та и его соединений в плазме ВСl₃-Сl₂.

Применение хлорсодержащей плазмы позволяет одинаково эффективно травить Та, TaN, TaAl. Недостатком этого способа является изотропный характер травления этих материалов, что при наличии неравномерности травления (в этом составе края пластины травятся быстрее середины) приводит к существенной разнице величины подтрава Та, TaN, TaAl под фоторезистивную маску (ФРМ) и большому разбросу значений номиналов резисторов и размеров элементов.

Задачей, на решение которой направлено это изобретение, является достижение технического результата, заключающегося в уменьшении разброса значений номиналов резисторов и размеров элементов схем за счет уменьшения разницы величины подтрава Та, TaN, TaAl под ФРМ, и исключение закороток между элементами на рельефе схем. Поставленная задача решается в способе, включающем реактивное ионно-плазменное травление слоев Та, TaN, TaAl через фоторезистивную маску в плазме ВЧ разряда в газовой смеси ВСl₃-Сl₂ с добавкой ССl₄ и N₂ до получения анизотропного травления (без подтрава под ФРМ), травление проводят до полного стравливания указанных слоев на плоских участках пластины, а дотравливание остатков этих слоев на рельефе поверхности пластины проводят в плазме состава CF₄-О₂ или SF₆-O₂, причем соотношение компонентов в смеси ВСl₃-Cl₂-CCl₄-N₂ в объемных частях лежит в пределах (0,5-1,5):1: (0,15-0,8): (1-2), а соотношение компонентов при дотравливании остатков в составе CF₄-O₂ лежит в пределах (0,03-4):1 или (0,2-1):1 для состава SF₆-О₂.

Таким образом, отличительными признаками изобретения являются: добавка в плазму ВСl₃-Сl₂ компонентов CCl₄ и N₂ до получения анизотропного травления на этапе травления слоев на плоских участках пластины, дотравливание остатков слоев на рельефе поверхности пластины в плазме CF₄-O₂ или SF₆-О₂.

Данная совокупность признаков позволяет достичь технического результата, заключающегося в увеличении стабильности размеров резисторов и других элементов схем при исключении закороток между элементами схем остатками слоев Та, TaN, TaAl по рельефу поверхности пластины, что приводит к увеличению выхода годных схем и повышению их качества (воспроизводимости и стабильности характеристик).

Ниже приведены примеры практического использования изобретения.

В качестве первого примера рассмотрим реактивное ионно-плазменное травление слоя TaN на этапе формирования резисторов на структурах ИС с рельефом высотой 0,7 мкм (по металлу) плюс 0,5 мкм (по локосу). Нанесенный на этот рельеф слой TaN толщиной 0,1 мкм травился через маску фоторезиста СП-15 на установке GIR-260 (ALP) фирмы Alkatel в плазме состава ВСl₃-Сl₂-CCl₄-N₂ с соотношением компонентов 40:40:20:40 (% от максимального значения расхода этих реагентов, выдаваемого регуляторами расхода газов РРГ, что составляло в объемных процентах 0,6:1:0,18:1,2). Все РРГ откалиброваны по азоту на максимальный расход 7 л/ч, кроме ВСl₃, который откалиброван на 12 л/ч. Давление составляло 12 Па, мощность 280 Вт (30 с) и 230 Вт (60 с), затем пластина дотравливалась во втором реакторе в плазме состава CF₄-О₂ при соотношении компонентов 80:4 (% по РРГ на 14 л/ч и 30 л/ч соответственно), что составляло в объемных частях 4:1, при давлении 35 Па и мощности 350 Вт 30 с. Этот процесс позволил повысить выход годных на 100-200 кристаллов с каждой пластины по сравнению с чисто фторидным процессом, использовавшимся ранее.

Во втором примере рассмотрим процесс реактивного ионно-плазменного травления Та на этапе формирования защитного металлического покрытия нагревателей на термокристалле. Слой Та толщиной 0,6 мкм, напыленный на структуру ИС с рельефом высотой 0,5 мкм, обрабатывался через ФРМ на установке GIR-260 (ALP) в режиме, описанном в примере 1, но время травления в первом реакторе составляло 30 с при 280 Вт и 120 с при 230 Вт, а во втором реакторе - 30 с. При этом закороток по рельефу не наблюдалось, а разброс линейных размеров контрольных элементов по пластине не превышал разброса по ФРМ.

В третьем примере рассмотрим процесс реактивного ионно-плазменного травления слоя ТаАl толщиной 0,12 мкм через ФРМ на этапе формирования нагревателей в термокристаллах. Травление слоя ТаАl производилось на установке GIR-260 (ALP) в плазме ВСl₃-Сl₂-ССl₄-N₂ при соотношении компонентов 25:15: 25:25 (% по РРГ), что в объемных частях составляло 1:1:0,6:1,9, при давлении 15 Па, мощности 300 Вт (25 с) и 250 Вт (60 с), затем пластина обрабатывалась во втором реакторе в плазме CF₄-О₂ при соотношении компонентов 5:30 (% по РРГ), что составляло в объемных частях 0,03:1, давлении 30 Па, мощности 100 Вт в течение 40 с.

В четвертом примере при травлении слоя TaN на установке GIR-260 (ALP) обработка пластины в первом реакторе проводилась, как в примере 1. Дотравливание TaN на рельефе проводилось во втором реакторе в плазме SF₆-О₂ при соотношении компонентов 80: 6 (% по РРГ на 7 л/ч и 30 л/ч соответственно), что составляло в объемных частях 0,8:1, при давлении 20 Па, мощности 250 Вт в течение 40 секунд. Получен результат, как в примере 1.